WO2015085378A1 - Chave de partida eletrônica para motores monofásicos e motores monofásicos montados com a chave de partida - Google Patents
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Definitions
- This patent relates to an electronic circuit for single-phase electronic starter motor with starter capacitors or with permanent capacitor and starter, as well as single-phase electric motors which are mounted with said electronic key.
- the switch is comprised of a Latch RS sequential logic circuit and is triggered by the lag between the auxiliary current and the main current measured by a first comparator electronic circuit comprising shunt resistors and an integrated circuit comprising a second comparator electronic circuit that connects the branch auxiliary to the main source even with the engine running and further comprises a third isolated electronic circuit for driving the normally closed solid state relay.
- Starters are used in single-phase electric motors with starter capacitors or starter capacitor plus permanent capacitor.
- the main function of the switch is to disconnect the auxiliary branch from these motors at the appropriate time during startup.
- the proposed device advantageously replaces the electromechanical keys (centrifugal platinum) intended for this purpose, as it does not use moving parts or suffer wear due to repetitive use.
- the present electronic key has advantages over the state of the art as it adds to a starter common, the auxiliary branch reset function to the main power source, even with the engine running. With this, the switch accumulates the single-phase motor starting and auxiliary branch reclosing functions. Thus, when the engine starts, the switch allows the auxiliary branch to reconnect to the main source of electrical power while the engine is running, in which case the main and auxiliary currents are out of phase.
- the decoupling of the auxiliary branch to the main source after starting the single-phase motor is by means of electromechanical devices with counterweight moving contacts to press electrical contacts. These devices are known as centrifugal platinum.
- connection via mobile electrical contacts is more susceptible to failure compared to solid state relays, as their contacts may be subjected to inclement weather in the motor application environment. Even if housed, mobile electrical contacts are acted on by small electric arcs that carbonize their contact area, which impairs the conduction of energy through the contacts, limiting the number of operations.
- US4496895 features a split-phase single-phase motor starter control device and a single-phase starter capacitor motor consisting of a solid-state relay driven by a rectifier that is controlled by one transistor that receives trigger pulses from a rectifier connected to a pulse transformer.
- BR8902798 discloses an electronic starter for single phase asynchronous motors, consisting of a solid state relay, a full wave rectifier bridge, a phase sensor circuit and a Latch RS logic circuit.
- the Latch RS circuit is characterized by being an asynchronous bistable sequential logic circuit where its resulting signals are dependent on its inputs (set and reset) and also on the current state of its outputs (Q and Q).
- the principle of operation of the inventions cited is based on the phase alignment of the line and auxiliary branch currents.
- the solid-state relay starts to conduct current through the auxiliary branch and as soon as the line and auxiliary branch currents phase the relay is switched off.
- the solid state relay (502) allows the auxiliary branch to be energized immediately, as it is a "normally closed" type relay. Due to its conduction capacity at 0V, the relay has current conduction capacity available at its terminals at the exact moment it is connected regardless of the voltage available at its terminals. Thus, no branch power delays occur after connecting the motor to the mains.
- the Latch RS logic circuitry 504 receives the saturation signals from the comparators 505 and 506 and sends the shutdown signal to the isolated tripping circuitry 501 which in turn drains the trigger relay current. solid state (502) by turning it off.
- the solid state relay (502) reconnects the auxiliary branch to the main source and circulates current through the auxiliary branch (403).
- the electronic key object of this patent continuously monitors the system and acts when it is necessary to restart the electric motor.
- Figure 1 presents the phasor diagram of the lagged line and auxiliary currents and the line voltage.
- Figure 2 shows the phasor diagram of the aligned (in phase) line and auxiliary currents and the line voltage.
- Figure 3 presents the graphs of motor rotation behavior, the lag between line and auxiliary currents, auxiliary branch current and auxiliary coil voltage during the motor acceleration process.
- Figure 4 presents the graphs of motor rotation behavior, the mismatch between line and auxiliary currents, the auxiliary branch current and the auxiliary coil voltage during the motor rotation drop process due to overload, reclosing. from the auxiliary branch to the main source and engine speed recovery.
- FIG. 5 shows the block diagram of the starter switch described in the present invention with differences from the state of the art.
- Figure 6 shows a block diagram with a typical starter present in the prior art.
- Figure 7 shows the electronic circuit of the starter switch described in the present invention.
- Figure 1 shows the line current phasor (101) and the auxiliary current phasor (102), both out of phase with each other and between the mains voltage (103), typical behavior of a single-phase motor at the moment it is switched on.
- Figure 2 shows the line current phaser (201) and the auxiliary current phaser (202), both in phase but out of line voltage (203), typical behavior of a single-phase motor during acceleration, with speed between 65% and 95% of synchronous speed.
- Figure 3 shows the motor acceleration graphs (301) compared to the mismatch between line and auxiliary currents (302) with detail for current alignment point (305), auxiliary branch current (303) with in the quenching of this current (307) after the solid-state relay is turned off, and the voltage in the auxiliary coil (304) in detail at point (306) where this voltage saturates the comparator and at (308) a slight fall after current extinction in the auxiliary branch.
- Figure 4 shows the motor behavior graphs (401) until a fall in speed (405) occurs due to an overload, which consequently decreases the voltage on the auxiliary coil (404) to point (408). , which causes the solid state relay to reconnect the auxiliary branch to the main source.
- current begins to flow through the auxiliary branch (403), initiating a new starting process with attention to the lag between the line and auxiliary currents (402) until the moment of alignment (407) together. with the saturation of the comparator with the auxiliary coil voltage (404).
- Figure 5 shows the device of this application through a circuit block diagram. Line currents (509) and auxiliary (508) are observed by comparator (506) until their alignment when a signal is sent to the Latch RS (504) logic circuit.
- the voltage in the auxiliary coil 507 is also observed by the other comparator 505 which at the time of its saturation also sends a signal to the Latch RS logic circuit 504.
- the Latch RS logic circuit 504 Upon receiving both signals, the Latch RS logic circuit 504 sends a signal to the isolated trigger circuit 501 which in turn shuts off the solid state relay NF (502), thereby shutting down the auxiliary branch of the main network.
- the source 503 is responsible for supplying the isolated tripping circuitry 501, the Latch RS logic circuitry 504 and the comparator 506 with the appropriate voltage levels.
- Figure 6 presents the state of the art and differs from Figure 5 in the absence of an isolated trip circuit (501) and also in the absence of voltage monitoring in the auxiliary coil (507) and the comparator (505) which is capable of Reclose the auxiliary branch in the event of an overload.
- Figure 7 shows the electronic circuit implementation of the block diagram present in Figure 5. It is possible to verify the measurement and comparison circuit (506) of the phases of the line (509) and auxiliary (508) currents through resistors. shunts. After a rectification treatment the voltage on the auxiliary coil (507) is measured and compared through the comparator circuit (505). Current and voltage alignment signals in the auxiliary coil are handled by an NAND logic in circuit U3a.
- the Latch RS circuit (504) is responsible for the SET and RESET logic of the isolated trip circuit via opto-coupler (501).
- the isolated trip circuit (501) is responsible for turning the solid state relay on / off in the "Normally Closed" configuration (502).
- the source (503) is responsible for transforming the mains alternating voltage to levels suitable for comparator (506), Latch RS (504) and isolated trip circuitry (501).
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Abstract
A presente patente de invenção refere-se a um circuito eletrônico para chave de partida eletrônica de motores monofásico com capacitores de partida ou com capacitor de partida e capacitor permanente, bem como motores elétricos monofásicos que sejam montados com a referida chave eletrônica, sendo que a chave é compreendida de um circuito lógico sequencial tipo Latch RS e é acionada pela defasagem entre a corrente auxiliar e a corrente principal medida por um primeiro circuito eletrônico comparador, compreendido de resistores shunt e circuito integrado, compreendendo um segundo circuito eletrônico comparador que religa a fonte auxiliar à fonte principal mesmo com o motor em operação e compreende ainda um terceiro circuito eletrônico isolado para acionamento do relê de estado sólido normalmente fechado.
Description
CHAVE DE PARTIDA ELETRÔNICA PARA MOTORES
MONOFÁSICOS E MOTORES MONOFÁSICOS MONTADOS COM A CHAVE DE PARTIDA
ELETRÔNICA
CAMPO DA INVENÇÃO
Ά presente patente de invenção refere-se a um circuito eletronico para chave de partida eletrônica de motores monofásico com capacitores de partida ou com capacitor de partida e capacitor permanente, bem como motores elétricos monofásicos que sejam montados com a referida chave eletrônica, sendo que a chave é compreendida de um circuito lógico sequencial tipo Latch RS e é acionada pela defasagem entre a corrente auxiliar e a corrente principal medida por um primeiro circuito eletronico comparador, compreendido de resistores shunt e circuito integrado, compreendendo um segundo circuito eletronico comparador que religa o ramo auxiliar à fonte principal mesmo com o motor em operação e compreende ainda um terceiro circuito eletronico isolado para acionamento do relê de estado sólido normalmente fechado.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Chaves de partida são usadas em motores elétricos monofásicos com capacitores de partida ou capacitor de partida mais capacitor permanente. A principal função da chave é desconectar o ramo auxiliar destes motores no momento apropriado durante a partida.
O dispositivo proposto substitui com vantagens as chaves eletromecânicas (platinado centrífugo) destinadas a este fim, pois não usa peças móveis ou sofre desgastes por uso repetitivo.
A presente chave eletrônica apresenta vantagens frente ao estado da técnica, pois agrega à uma chave de partida
comum, a função de religamento (reset) do ramo auxiliar à fonte principal de energia, mesmo com o motor em funcionamento. Com isso, a chave acumula as funções de partida do motor monofásico e religamento do ramo auxiliar. Assim, quando o motor entra em regime a chave permite que o ramo auxiliar se reconecte à fonte principal de energia elétrica com o motor em funcionamento, situação em que as correntes principal e auxiliar estão defasadas.
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA
No estado da técnica, o desacoplamento do ramo auxiliar à fonte principal após a partida do motor monofásico é feita por meio de dispositivos eletromecânicos com contatos móveis na forma de contrapeso para pressionar contatos elétricos. Esses dispositivos são conhecidos como platinados centrífugo.
O fato de existirem peças móveis torna este item suscetível ao acometimento de intempéries, muitas vezes presentes no ambiente de aplicação do motor.
A ligação através de contatos elétricos móveis é mais suscetível a falhas se comparada com relês de estado sólido, pois seus contatos podem estar submetidos a intempéries presentes no ambiente de aplicação do motor. Mesmo que abrigados, os contatos elétricos móveis sofrem a ação de pequenos arcos elétricos que carbonizam sua área de contato, o que prejudica a condução de energia pelos contatos, limitando o número de operações .
Quanto aos dispositivos eletrônicos, a patente US4496895 traz um dispositivo de controle para partida de motor monofásico tipo Split Phase (fase dividida) e motor monofásico com capacitor de partida, constituído de relê de estado sólido acionado por um retificador que por sua vez é controlado por um
transistor que recebe pulsos de gatilho oriundos de um retificador ligado a um transformador de pulsos.
A patente BR8902798 apresenta uma chave de partida eletrônica para motores assíncronos monofásicos, composta por um relê de estado sólido, uma ponte retificadora de onda completa, um circuito sensor de fase e um circuito lógico tipo Latch RS.
O circuito Latch RS é caracterizado por ser um circuito lógico sequencial biestável assíncrono onde seus sinais resultantes são dependentes de suas entradas (set e reset) e também do estado atual de suas saídas (Q e Q ) .
O princípio de operação dos inventos citados está baseado no alinhamento de fase das correntes da linha e do ramo auxiliar. Quando o motor é ligado o relê de estado sólido passa a conduzir corrente pelo ramo auxiliar e assim que as correntes de linha e do ramo auxiliar entram em fase o relê é desligado.
Uma vez que o relê de estado sólido é desligado, não há mais corrente circulando pelo ramo auxiliar. Com isso, não é possível monitorar uma sobrecarga e o consequente escorregamento (perda de rotação) do motor que requer o religamento do ramo auxiliar .
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Atualmente, algumas chaves são acionadas em razão do alinhamento entre a corrente de linha e a corrente no ramo auxiliar. Entretanto, quando o motor entra em regime, o ramo auxiliar não consegue se religar ao sistema de alimentação principal, pois não é possível medir a defasagem entre as corrente de linha e auxiliar.
Em relação ao estado da técnica, especialmente,
aos documentos trazidos, a presente invenção traz três passos inventivos:
-Circuito de comparação das correntes auxiliar e principal (506) através de resistores shunts e circuito integrado (Cl) comparador enquanto o estado da técnica utiliza medição da corrente através de transformador;
-Circuito de disparo do relê de estado sólido isolado através de opto-acoplador (501), enquanto no estado da técnica o circuito de disparo do relê de estado sólido não é isolado;
-Circuito de religamento (reset) do ramo auxiliar através da tensão induzida na bobina auxiliar (507), enquanto no estado da técnica não há um circuito de reset, que permita o ramo auxiliar voltar ao circuito sem um nova partida da máquina.
Ao ligar o motor, o relê de estado sólido (502) permite a energização do ramo auxiliar de forma imediata, pois trata-se de um relê do tipo "normalmente fechado". Devido a sua capacidade de condução em 0V, ou seja, o relê tem capacidade de condução da corrente disponível em seus terminais no momento exato em que é conectado independentemente da tensão disponível em seus terminais. Assim, não ocorrem atrasos de fornecimento de energia do ramo auxiliar após ligar o motor à rede.
A partir deste momento duas condições se fazem necessárias para que o ramo auxiliar seja desligado:
- A corrente de linha e a corrente do ramo auxiliar devem estar em fase (305), o que é medido por um circuito comparador (506) - Figura 3;
- A tensão na bobina auxiliar deve estar acima de um nível predeterminado (306) o que é medido por um outro circuito
comparador (505) .
No momento da partida, as correntes de linha (101) e do ramo auxiliar (102) apresentam defasagem em relação à tensão de linha (103) - Figura 1.
Conforme o motor ganha velocidade (figura 2), as correntes de linha (201) e do ramo auxiliar (202) tendem a entrar em fase. O ponto de defasagem nula entre as correntes corresponde entre 65% a 95% da velocidade síncrona do motor, que em geral é ponto desejado para o desligamento do ramo auxiliar. Este ponto sofre variações de acordo com o projeto do motor.
Com o acoplamento imediato do ramo auxiliar à rede principal através do relê de estado sólido (502), a tensão na bobina auxiliar (507) se eleva rapidamente e desta forma o comparador (505) é saturado.
Quando as correntes entram em fase e a tensão de na bobina estiver acima de um nível pré-determinado, as duas condições para o desligamento do ramo auxiliar estão atendidas.
Nesse momento, o circuito lógico Latch RS (504) recebe os sinais de saturação dos comparadores (505 e 506) e envia o sinal de desligamento para o circuito de disparo isolado (501) que por sua vez drena a corrente de gatilho do relê de estado sólido (502) desligando-o .
Consequentemente :
- A corrente no ramo auxiliar (303) é extinta
(307);
- A tensão na bobina auxiliar (304) sofre uma leve queda (308 ) .
A partir deste momento o monitoramento da chave de partida passa a ser a tensão na bobina auxiliar (304), que será
proporcional ao fator de acoplamento com o circuito rotórico e a velocidade de regime do motor.
Em uma segunda análise, no caso de sobrecarga no motor e a consequentemente queda de rotação (405) (escorregamento), a tensão na bobina auxiliar (404) cai a ponto de ser detectável (408) por um circuito comparador (505) . Esse circuito é programado para emitir um sinal de reset para o circuito lógico (504) no caso do valor de tensão atingir um valor mínimo pré-configurado . Com isso, uma nova rotina de partida é iniciada .
Quando a tensão atingir o valor mínimo, o relê de estado sólido (502) religa o ramo auxiliar à fonte principal passando a circular corrente pelo ramo auxiliar (403) .
Novamente, haverá defasagem entre as correntes de linha e auxiliar (402) . A tensão na bobina auxiliar (404) volta a ter um nível elevado. Assim a rotação do motor aumenta (401) e a defasagem entre as correntes (402) volta a cair até elas entrarem em fase novamente (407) .
Neste momento as duas condições de partida estão atendidas novamente, correntes de linha e auxiliar. alinhadas (407) e tensão na bobina auxiliar apropriada (404) . O relê de estado sólido (502) então é desligado, extinguindo a corrente do ramo auxiliar (403) .
Portanto, a chave eletrônica objeto dessa patente, monitora o sistema de forma contínua e atua quando for necessário religar o motor elétrico.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Figura 1 apresenta o diagrama fasorial das correntes de linha e auxiliar defasadas e a tensão da linha.
A Figura 2 apresenta o diagrama fasorial das correntes de linha e auxiliar alinhadas (em fase) e a tensão da linha.
A Figura 3 apresenta os gráficos de comportamento da rotação do motor, da defasagem entre as correntes de linha e auxiliar, a corrente no ramo auxiliar e tensão na bobina auxiliar durante o processo de aceleração do motor.
A Figura 4 apresenta os gráficos de comportamento da rotação do motor, da defasagem entre as correntes de linha e auxiliar, a corrente no ramo auxiliar e a tensão na bobina auxiliar durante o processo de queda de rotação do motor devido a uma sobrecarga, o religamento do ramo auxiliar a fonte principal e a recuperação de rotação do motor.
A Figura 5 apresenta o diagrama de blocos da chave de partida descrita na presente invenção com as diferenças em relação ao estado da técnica.
A Figura 6 apresenta um diagrama de blocos com uma típica chave de partida presente no estado da técnica.
A Figura 7 apresenta o circuito eletrônico da chave de partida descrita na presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS
A Figura 1 apresenta o fasor da corrente de linha (101) e o fasor da corrente auxiliar (102), ambos defasados entre si e entre a tensão da rede (103) , comportamento típico de um motor monofásico no instante em que o mesmo é ligado.
A Figura 2 apresenta o fasor da corrente de linha (201) e o fasor da corrente auxiliar (202), ambos em fase, porém defasados com a tensão da rede (203) , comportamento típico de um motor monofásico durante a aceleração, com a velocidade entre 65%
e 95% da velocidade síncrona.
A Figura 3 apresenta os gráficos de aceleração do motor (301) em comparação com a defasagem entre as correntes de linha e auxiliar (302) com detalhe para o ponto de alinhamento das correntes (305) , a corrente no ramo auxiliar (303) com detalhe na extinção desta corrente (307) após o desligamento do relê de estado sólido, e a tensão na bobina auxiliar (304) com detalhe no ponto (306) em que esta tensão satura o comparador e no ponto (308) em que ocorre uma pequena queda após a extinção da corrente no ramo auxiliar.
A Figura 4 apresenta os gráficos de comportamento motor em regime (401) até o momento em que ocorre uma queda da rotação (405) devido a uma sobrecarga, que por consequência diminui a tensão na bobina auxiliar (404) até o ponto (408), que faz com que o relê de estado sólido religue o ramo auxiliar a fonte principal. Neste momento na Figura 4 (406) começa a fluir corrente pelo ramo auxiliar, (403), iniciando um novo processo de partida com atenção à defasagem entre as correntes de linha e auxiliar (402) até o momento do alinhamento (407) em conjunto com a saturação do comparador com a tensão da bobina auxiliar (404) . A Figura 5 apresenta o dispositivo deste pedido de invenção através de um diagrama de blocos do circuito. As correntes de linha (509) e auxiliar (508) são observadas pelo comparador (506) até o momento do seu alinhamento, quando é enviado um sinal para o circuito lógico Latch RS (504). A tensão na bobina auxiliar (507) também é observada, pelo outro comparador (505) que no momento de sua saturação também envia um sinal para o circuito lógico Latch RS (504). Ao receber os dois sinais, o circuito lógico Latch RS (504) envia um sinal ao circuito de disparo isolado (501) que por
sua vez desliga o relê de estado sólido NF (502) , desligando por consequência o ramo auxiliar da rede principal. A fonte (503) é responsável por alimentar os circuitos de disparo isolado (501) , o circuito lógico Latch RS (504) e o comparador (506) com os níveis de tensão adequados.
A Figura 6 apresenta o estado da técnica e diferencia-se da Figura 5 pela ausência de um circuito de disparo isolado (501) e também pela ausência do monitoramento da tensão na bobina auxiliar (507) e o comparador (505) que é capaz de efetuar o religamento do ramo auxiliar no caso de uma sobrecarga.
A Figura 7 apresenta a implementação em forma de circuito eletrônico do diagrama de blocos presente na Figura 5. Nela é possível verificar o circuito de medição e comparação (506) das fases das correntes de linha (509) e auxiliar (508) através de resistores shunts. Após um tratamento de retificação a tensão na bobina auxiliar (507) é medida e comparada através do circuito comparador (505) . Os sinais de alinhamento das correntes e tensão na bobina auxiliar são tratados por uma lógica NAND no circuito U3a. 0 circuito Latch RS (504) é responsável pela lógica de SET e RESET do circuito de disparo isolado através de opto-acoplador (501) . O circuito de disparo isolado (501) é responsável por ligar/desligar o relê de estado sólido na configuração "Normalmente Fechado" (502) . A fonte (503) é responsável por transformar a tensão alternada da rede principal a níveis adequados aos circuitos comparador (506) , Latch RS (504) e circuito de disparo isolado (501) .
Claims
1. "CHAVE DE PARTIDA ELETRÔNICA PARA MOTORES MONOFÁSICOS E MOTORES MONOFÁSICOS MONTADOS COM A CHAVE DE PARTIDA ELETRÔNICA" compreendida de um circuito eletrônico comparador que aciona um circuito de lógica (504)- Latch RS - que aciona um relê de estado sólido (502) , caracterizada por:
compreender um primeiro circuito comparador (506) composto por resistores shunt e circuito integrado conforme diagrama elétrico da Figura 7;
- compreender um segundo circuito comparador
(505) ligado à tensão da bobina auxiliar (507) que, ao acionar o circuito Latch RS (504), religa a bobina auxiliar à corrente principal mesmo com o motor em operação;
compreender um terceiro circuito (501) , responsável pelo disparo do relê de estado sólido (502) composto de um opto-acoplador isolador, sendo o dito circuito de disparo ser acionado (501) pelo Latch RS (504) .
2. "MOTORES MONOFÁSICOS MONTADOS COM A CHAVE DE PARTIDA ELETRÔNICA" caracterizado pelo motor monofásico ser montado com a "CHAVE DE PARTIDA", descrita na reivindicação 1.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
PCT/BR2013/000563 WO2015085378A1 (pt) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Chave de partida eletrônica para motores monofásicos e motores monofásicos montados com a chave de partida |
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WO2015085378A1 true WO2015085378A1 (pt) | 2015-06-18 |
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ID=53370383
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WO (1) | WO2015085378A1 (pt) |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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